JP2019156002A - Marine propulsion devise and ship - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、舶用推進装置及び船舶に関する。 The present disclosure relates to a marine propulsion device and a marine vessel.
プロペラを備えた船舶では、プロペラの回転によって推力を得ると同時に、プロペラの回転によって推力に寄与しない流れも生ずることがある。例えば、プロペラの回転によりプロペラの後方に生じる旋回流(プロペラ回転方向の速度成分を有する流れ)は推力に寄与しないため、このような旋回流はエネルギーロスの要因となり得る。このように、プロペラの回転によって生じるが推力に寄与しない流れのエネルギーを回収して推力を得るための工夫がなされている。 In a ship equipped with a propeller, thrust is obtained by the rotation of the propeller, and at the same time, a flow that does not contribute to the thrust may be generated by the rotation of the propeller. For example, a swirl flow (a flow having a velocity component in the propeller rotation direction) generated behind the propeller due to the rotation of the propeller does not contribute to thrust, and thus such swirl flow can cause energy loss. In this way, a device has been devised to recover the flow energy that is generated by the rotation of the propeller but does not contribute to the thrust to obtain the thrust.
特許文献1及び2には、プロペラ後流の回転エネルギーを推力として回収するために、プロペラの後方に位置する舵又は船体に翼型形状のフィンが取り付けられた船舶が開示されている。このフィンは、プロペラの回転によって生じるプロペラ後流側の回転流を受けて力を発生し、この力の推進方向成分が推力となり、船舶の推進効率を向上させる。
また、特許文献3には、プロペラの直後に位置するように船体に支持されたダクトと、該ダクトの内側に固定された整流用固定翼と、を備えた舶用プロペラが開示されている。この舶用プロペラでは、ダクト及び整流用固定翼によって、プロペラの後流としての強い旋回成分をもった流れを捕捉して、このように捕捉した流れを強制的に後方へ流出させることにより、推力の増大を図るようになっている。
ところで、プロペラの後流側においては、上述した旋回流の他にも、回転軸線方向の後方に向かい、かつ、プロペラ半径方向の外側から内側に向かう縮流が生じることがある。縮流は、プロペラの半径方向の外側から流入する流れがプロペラ後方にて加速されることにより形成される。
この縮流も、このままでは船舶等の推力には寄与せず、エネルギーロスの一要因となり得る。そこで、縮流のエネルギーを回収して船舶等の推力に変換させることが望ましい。しかしながら、特許文献1〜3には、上述したように、プロペラ後流側に生じる旋回流のエネルギーを回収することについては説明されているが、縮流のエネルギーを回収することやそのための具体的な構成は開示されていない。
By the way, on the wake side of the propeller, in addition to the above-described swirl flow, there may be a contracted flow that is directed rearward in the rotational axis direction and directed from the outer side to the inner side in the propeller radial direction. The contracted flow is formed by accelerating the flow inflowing from the outside of the propeller in the radial direction behind the propeller.
This constricted flow also does not contribute to the thrust of a ship or the like as it is, and can be a factor of energy loss. Therefore, it is desirable to recover the energy of the contracted flow and convert it into a thrust of a ship or the like. However, as described above,
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、プロペラの回転によって生じる縮流のエネルギーを回収可能な舶用推進装置及び船舶を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present invention aims to provide a marine vessel propulsion device and a marine vessel that can recover the energy of the contracted flow generated by the rotation of the propeller.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る舶用推進装置は、
船尾に設けられるプロペラと、
前記プロペラの後流側に少なくとも部分的に位置し、前記プロペラの回転軸に沿った中心線を有するダクトと、を備え、
前記ダクトは、前記中心線を含む断面において翼型形状を有し、
前記翼型形状のコード方向が前記中心線に対してなす角度が0度以上5度以下である。
(1) A marine propulsion device according to at least one embodiment of the present invention includes:
A propeller installed at the stern,
A duct located at least partially on the wake side of the propeller and having a center line along the rotation axis of the propeller,
The duct has an airfoil shape in a cross section including the center line,
The angle formed by the cord direction of the airfoil shape with respect to the center line is 0 degree or more and 5 degrees or less.
上記(1)の構成によれば、プロペラの後流側に少なくとも部分的に位置するダクトを設け、該ダクトの翼型形状(断面形状)のコード方向が中心線に対してなす角度を0度以上5度以下としたので、該コード方向と、ダクトに流入する縮流の方向とのなす角度が適度となり、翼型断面を有するダクトにおいて推力を得やすくなる。このため、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーを効果的に回収することができ、プロペラの回転に起因するエネルギーロスを低減することができる。 According to the configuration of (1), the duct located at least partially is provided on the wake side of the propeller, and the angle formed by the cord direction of the airfoil shape (cross-sectional shape) of the duct with respect to the center line is 0 degree. Since the angle is 5 degrees or less, the angle formed by the cord direction and the direction of the contracted flow flowing into the duct becomes appropriate, and it becomes easy to obtain a thrust in a duct having an airfoil cross section. For this reason, the energy of the contracted flow produced on the propeller downstream side can be effectively recovered, and the energy loss caused by the rotation of the propeller can be reduced.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.5R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置する。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
When the rotation radius of the propeller is R, the front edge of the duct has a distance measured rearward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller of 0.05R or more and 0.5R or less, and the propeller The distance from the rotation axis in the radial direction is within a range of 0.80R to 0.95R.
本発明者の鋭意検討の結果、プロペラの後流側に生じる縮流は、プロペラの軸方向においてプロペラの後縁から後方に計った距離が0.5R以下、かつ、プロペラの半径方向において回転軸からの距離が0.80R以上の位置において、流入角が比較的大きく、また、プロペラの軸方向においてプロペラの後縁から後方に計った距離が1.0Rよりも短い位置において、流速が比較的大きいことが分かった。
上記(2)の構成では、ダクトの前縁が、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.5R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置するようにしたので、ダクトの前縁とプロペラとの干渉を回避しながら、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーをより効果的に回収することができる。
As a result of intensive studies by the inventor, the contracted flow generated on the posterior side of the propeller has a distance measured rearward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller of 0.5 R or less and the rotational axis in the radial direction of the propeller At a position where the distance from the center is 0.80R or more, the inflow angle is relatively large, and at a position where the distance measured backward from the trailing edge of the propeller in the axial direction of the propeller is shorter than 1.0R, the flow velocity is relatively I found it big.
In the configuration of the above (2), the distance of the front edge of the duct measured rearward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller is 0.05R or more and 0.5R or less, and the radial direction of the propeller Since the distance from the rotation axis is within the range of 0.80R or more and 0.95R or less, the energy of the contracted flow generated on the propeller downstream side is avoided while avoiding the interference between the front edge of the duct and the propeller. It can be recovered more effectively.
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記ダクトは、船体に固定されたラダーホーンの前端部に支持される。
(3) In some embodiments, in the above configuration (1) or (2),
The duct is supported by a front end portion of a ladder horn fixed to the hull.
上記(3)の構成によれば、船体に固定されたラダーホーンの前端部に支持されるダクトにより、上記(1)の構成を実現できる。 According to the configuration of the above (3), the configuration of the above (1) can be realized by the duct supported by the front end portion of the ladder horn fixed to the hull.
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記ダクトの最上部のうち、前記中心線方向において前記ダクトの後縁から第1位置までの部分は、前記ラダーホーンとの接続部を形成し、
前記第1位置は、前記ダクトの前記中心線方向の長さをLとしたとき、前記中心線方向において、前記ダクトの前記後縁からの距離が0.3L以上0.5L以下の位置である。
(4) In some embodiments, in the configuration of (3) above,
Of the uppermost part of the duct, the part from the rear edge of the duct to the first position in the center line direction forms a connection part with the ladder horn,
The first position is a position in which the distance from the rear edge of the duct is 0.3L or more and 0.5L or less in the centerline direction when the length of the duct in the centerline direction is L. .
上記(4)の構成によれば、ダクトの最上部のうち、ラダーホーンとの接続部が占める中心線方向の長さが0.3L以上であるので、ダクトをラダーホーンに確実に接続することができる。また、上記長さが0.5L以下であるので、ダクトの最上部において、翼型を形成する部位(すなわち、ダクト最上部のうち接続部よりも前方の部分)を十分確保することができ、ダクトの縮流エネルギー回収性能の低下を抑制することができる。 According to the configuration of (4) above, since the length in the center line direction occupied by the connection portion with the ladder horn is 0.3 L or more among the uppermost portion of the duct, the duct is securely connected to the ladder horn. Can do. In addition, since the length is 0.5L or less, at the uppermost part of the duct, it is possible to sufficiently secure a part that forms the airfoil (that is, a part of the uppermost part of the duct that is ahead of the connection part), It is possible to suppress the reduction of the ducted energy recovery performance of the duct.
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記ダクトは、船体の底部に支持される。
(5) In some embodiments, in the above configuration (1) or (2),
The duct is supported at the bottom of the hull.
上記(5)の構成によれば、船体の底部に支持されるダクトにより、上記(1)の構成を実現できる。 According to the configuration of (5), the configuration of (1) can be realized by the duct supported at the bottom of the hull.
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れかの構成において、
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.2R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置する。
(6) In some embodiments, in any one of the above configurations (1) to (5),
When the rotation radius of the propeller is R, the front edge of the duct has a distance measured rearward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller of 0.05 R or more and 0.2 R or less, and the propeller The distance from the rotation axis in the radial direction is within a range of 0.80R to 0.95R.
本発明者の鋭意検討の結果、プロペラの後流側に生じる縮流は、プロペラの軸方向においてプロペラの後縁から後方に計った距離が0.5R以下、かつ、プロペラの半径方向において回転軸からの距離が0.80R以上の位置において、流入角が比較的大きく、また、プロペラの軸方向においてプロペラの後縁から後方に計った距離が1.0Rよりも短い位置において、流速が比較的大きく、さらに、プロペラの軸方向においてプロペラの後縁から後方に計った距離が0.2R以下の位置において、上述の縮流の流入角がより大きいことが分かった。
この点、上記(6)の構成では、ダクトの前縁が、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.2R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置するようにしたので、ダクトの前縁とプロペラとの干渉を回避しながら、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーをさらに効果的に回収することができる。
As a result of intensive studies by the inventor, the contracted flow generated on the posterior side of the propeller has a distance measured rearward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller of 0.5 R or less and the rotational axis in the radial direction of the propeller At a position where the distance from the center is 0.80R or more, the inflow angle is relatively large, and at a position where the distance measured backward from the trailing edge of the propeller in the axial direction of the propeller is shorter than 1.0R, the flow velocity is relatively In addition, it was found that the inflow angle of the above-mentioned contraction flow is larger at a position where the distance measured backward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller is 0.2 R or less.
In this regard, in the configuration of (6) above, the distance measured from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller to the rear from the rear edge of the propeller is 0.05 R or more and 0.2 R or less, and the radius of the propeller Since the distance from the rotating shaft in the direction is within the range of 0.80R or more and 0.95R or less, the contracted flow generated on the propeller downstream side while avoiding the interference between the front edge of the duct and the propeller. The energy can be recovered more effectively.
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記ダクトは、船体に対して回動可能に設けられた舵板に支持され、
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.3R以上0.5R以下の範囲内に位置する。
(7) In some embodiments, in the configuration of (1) or (2) above,
The duct is supported by a steering plate provided so as to be rotatable with respect to the hull.
When the rotation radius of the propeller is R, the front edge of the duct is located within a range in which the distance measured backward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller is 0.3R or more and 0.5R or less. .
上記(7)の構成では、ダクトは舵板とともに回動可能であるので、転舵時における抵抗を軽減することができるとともに、ダクトの前縁が、プロペラの軸方向においてプロペラの後縁から後方に計った距離が0.3R以上0.5R以下の範囲内に位置するようにしたので、ダクトとプロペラとの干渉を回避することができる。よって、上記(7)の構成によれば、転舵時における抵抗を低減するとともに、ダクトとプロペラとの干渉を回避しながら、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーを効果的に回収することができる。 In the configuration of (7), the duct can be rotated together with the rudder plate, so that resistance during turning can be reduced, and the front edge of the duct is rearward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller. Since the distance measured in the above is located within the range of 0.3R or more and 0.5R or less, interference between the duct and the propeller can be avoided. Therefore, according to the configuration of the above (7), while reducing the resistance at the time of turning, effectively avoiding the interference between the duct and the propeller, the energy of the contracted flow generated on the rear side of the propeller can be effectively recovered. Can do.
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)の構成において、
前記プロペラの軸方向において、前記ダクトの後縁と、前記舵板が取り付けられたラダーホーンの前端部との間の最小距離が、0.02R以上0.3R以下である。
(8) In some embodiments, in the configuration of (7) above,
In the axial direction of the propeller, the minimum distance between the rear edge of the duct and the front end portion of the ladder horn to which the rudder plate is attached is 0.02R or more and 0.3R or less.
上記(8)の構成によれば、ダクトの後縁とラダーホーンの前端部との間の最小距離を0.02R以上としたので、ダクトと舵板との干渉を回避可能であるとともに、上述の最小距離を0.3R以下としたので、ダクトの中心線方向における長さを十分確保することができ、ダクトを舵板に取り付けるための部材の設置スペースを確保しやすくなる。 According to the configuration of (8) above, the minimum distance between the rear edge of the duct and the front end portion of the rudder horn is 0.02R or more, so that interference between the duct and the steering plate can be avoided, and Since the minimum distance of 0.3R or less is sufficient, it is possible to secure a sufficient length in the direction of the center line of the duct, and to easily secure an installation space for a member for attaching the duct to the rudder plate.
(9)幾つかの実施形態では、上記(7)又は(8)の構成において、
前記ダクトは、前記舵板から前記回転軸の方向に突出する突出部を介して支持されている。
(9) In some embodiments, in the above configuration (7) or (8),
The duct is supported via a protrusion that protrudes from the rudder plate in the direction of the rotation axis.
上記(9)の構成によれば、舵板から回転軸の方向に突出する突出部を介してダクトを支持するようにしたので、該突出部によってプロペラボス部から発生するハブ渦のエネルギーをも回収しながら、ダクトによって上述の縮流のエネルギーを回収することができる。 According to the configuration of (9) above, since the duct is supported via the protruding portion protruding in the direction of the rotation axis from the rudder plate, the energy of the hub vortex generated from the propeller boss portion by the protruding portion is also obtained. While collecting, the above-mentioned contracted energy can be collected by the duct.
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において第2位置と第3位置の間、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が1.0Rより大きく1.2R以下の範囲内に位置し、
前記第2位置は、前記軸方向において前記プロペラの後縁から前方に計った距離が0.4Rの位置であり、
前記第3位置は、前記軸方向において前記プロペラの前記後縁から後方に計った距離が0.05Rである。
(10) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
When the rotation radius of the propeller is R, the front edge of the duct is between the second position and the third position in the axial direction of the propeller, and the distance from the rotation axis is 1 in the radial direction of the propeller. Located within the range of greater than 0.0R and less than or equal to 1.2R,
The second position is a position where a distance measured forward from a rear edge of the propeller in the axial direction is 0.4R,
In the third position, a distance measured rearward from the trailing edge of the propeller in the axial direction is 0.05R.
上記(10)の構成によれば、ダクトの前縁が、プロペラの軸方向において上述の第2位置と第3位置の間、かつ、プロペラの半径方向において回転軸からの距離が1.0Rより大きく1.2R以下の範囲内に位置するようにしたので、ダクトによって、プロペラのチップ部の少なくとも一部を覆うことができる。これにより、プロペラの回転に伴い船底に作用する変動圧を低減することができる。 According to the configuration of (10) above, the front edge of the duct is between the second position and the third position described above in the axial direction of the propeller, and the distance from the rotating shaft in the radial direction of the propeller is from 1.0R. Since it is located within the range of 1.2 R or less, at least a part of the tip portion of the propeller can be covered with the duct. Thereby, the fluctuating pressure which acts on a ship bottom with rotation of a propeller can be reduced.
(11)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(10)の何れか一項の構成において、
前記ダクトの内側において放射状に延びる少なくとも1枚のステータフィンをさらに備える。
(11) In some embodiments, in the configuration according to any one of (1) to (10) above,
It further includes at least one stator fin extending radially inside the duct.
上記(11)の構成によれば、ダクトの内側に少なくとも1枚のステータフィンを設けたので、該ステータフィンによってプロペラの回転により生じる旋回流のエネルギーをも回収しながら、ダクトによって上述の縮流のエネルギーを回収することができる。 According to the above configuration (11), since at least one stator fin is provided inside the duct, the above-mentioned contracted flow is recovered by the duct while collecting the energy of the swirling flow generated by the rotation of the propeller by the stator fin. Energy can be recovered.
(12)本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶は、上記(1)乃至(11)の何れかに記載の舶用推進装置を備える。 (12) A ship according to at least one embodiment of the present invention includes the marine propulsion device according to any one of (1) to (11).
上記(12)の構成によれば、プロペラの後流側に少なくとも部分的に位置するダクトを設け、該ダクトの翼型形状(断面形状)のコード方向が中心線に対してなす角度を5度以下としたので、該コード方向と、ダクトに流入する縮流の方向とのなす角度が適度となり、翼型断面を有するダクトにおいて推力を得やすくなる。このため、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーを効果的に回収することができ、プロペラの回転に起因するエネルギーロスを低減することができる。 According to the configuration of (12), the duct located at least partially is provided on the downstream side of the propeller, and the angle formed by the cord direction of the airfoil shape (cross-sectional shape) of the duct with respect to the center line is 5 degrees. As described below, the angle formed by the cord direction and the direction of the contracted flow flowing into the duct becomes appropriate, and it becomes easy to obtain thrust in the duct having the airfoil cross section. For this reason, the energy of the contracted flow produced on the propeller downstream side can be effectively recovered, and the energy loss caused by the rotation of the propeller can be reduced.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、プロペラの回転によって生じる縮流のエネルギーを回収可能な舶用推進装置及び船舶が提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, a marine propulsion device and a marine vessel capable of recovering the energy of the contracted flow generated by the rotation of the propeller are provided.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
図1は、一実施形態にかかる舶用推進装置を備えた船舶の一例の概略図である。同図に示すように、船舶1は、船体2と、船体2に推力を与えるための推進装置3(舶用推進装置)と、船体2の進行方向を調節するための舵4と、を備えている。
Drawing 1 is a schematic diagram of an example of a ship provided with a marine propulsion device concerning one embodiment. As shown in the figure, the
船体2は、前方に位置する部分である船首2aと、後方に位置する部分である船尾2bと、底部9と、を有する。
舵4は、船体2の船尾2bに固定されたラダーホーン6と、ラダーホーン6に支持される舵板7と、舵板7を回動させるための舵軸5と、を含む。舵軸5は、一端側において舵板7に接続されており、駆動装置(不図示)によって駆動されて、鉛直方向に沿った回動軸の周りを回動可能に構成されている。すなわち、舵板7は、舵軸5とともに、船体2に対して回動可能である。
The
The
推進装置3は、船尾2bに設けられるプロペラ8と、プロペラ8の後流側に(即ちプロペラ8の後方に)少なくとも部分的に位置するダクト10と、を含む。プロペラ8は、駆動装置(不図示)によって回転駆動されて、船体2を推進させる推力を発生させるように構成される。
The
以下、幾つかの実施形態に係る推進装置3(舶用推進装置)についてより詳細に説明する。 Hereinafter, the propulsion device 3 (marine propulsion device) according to some embodiments will be described in more detail.
図2は、幾つかの実施形態に係る推進装置3の構成を示す概略図である。なお、図2において、ダクト10の一部は断面として示されている。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the
図2に示すように、ダクト10は、プロペラ8の回転軸Oに沿った方向の中心線Qを有する管状の部材であり、中心線方向の両端に前縁12及び後縁14を有する。
ダクト10の中心線Qに沿った断面(図2の斜線部参照)は翼型形状を有する。すなわち、管状部材であるダクト10の前縁12及び後縁14は、それぞれ、ダクト10の断面の翼型形状の前縁及び後縁の集合である。
そして、ダクト10の断面の翼型形状のコード方向が中心線Qに対してなす角度θ1が5度以下である。
As shown in FIG. 2, the
A cross section (see the hatched portion in FIG. 2) along the center line Q of the
The angle θ1 formed by the cord direction of the airfoil shape of the cross section of the
ダクト10においては、ダクト10に対して流入する流れの方向がコード方向(前縁12と後縁14を結ぶ方向;図2における直線L1の方向)に対してなす角度に応じた揚力FL(図2参照)が発生し、揚力FLの軸方向成分が推力FT(図2参照)として船舶1に作用する。
ここで、プロペラ8の回転によって生じる縮流fc(図2参照)から推力FTを効果的に得るためには、ダクト10の翼型のコード方向と、縮流fcがダクト10の前縁12に流入する方向(図2における矢印Aの方向)とがある程度ずれて、これら2方向のなす角度θ2(迎角)が適度な大きさであることが望ましい。一方、上述のコード方向(直線L1の方向)が中心線Qの方向(図2における直線L0の方向)に対してなす角度θ1(図2参照)が大きすぎると、上述の迎角が過大となり、翼面近傍において流れが乱れて損失が生じやすくなるため、上述のコード方向は、中心線Qに沿った方向とすることが望ましい。
In the
Here, in order to effectively obtain the thrust FT from the contracted flow fc (see FIG. 2) generated by the rotation of the
この点、上述の実施形態では、ダクト10の翼型形状(断面形状)のコード方向(直線L1の方向)が中心線(直線L0の方向)に対してなす角度θ1を5度以下としたので、該コード方向と、ダクト10に流入する縮流fcの方向(矢印Aの方向)とのなす角度θ2が適度な大きさとなり、翼型断面を有するダクト10において推力FTを得やすくなる。このため、プロペラ8の後流側に生じる縮流fcのエネルギーを効果的に回収することができ、プロペラ8の回転に起因するエネルギーロスを低減することができる。
In this regard, in the above-described embodiment, the angle θ1 formed by the cord direction (the direction of the straight line L1) of the airfoil shape (cross-sectional shape) of the
なお、図2に示す例示的な実施形態では、ダクト10の前縁12における半径bと、後縁14における半径hとの関係はb>hであるが、他の実施形態では、図3に示すように上述の半径bと半径hとはb<hを満たしていてもよく、あるいは、特に図示しないが、b=hであってもよい。いずれの実施形態においても、ダクト10の翼型形状(断面形状)のコード方向(直線L1の方向)が中心線Qの方向(直線L0の方向)に対してなす角度θ1(0°≦θ1≦90°)が0度以上5度以下である。
なお、図3は、一実施形態に係るダクト10の構成を示す図である。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the relationship between the radius b at the
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the
また、図示するダクト10は円筒形状を有しているが、幾つかの実施形態では、ダクト10は、円筒の部分を含む形状であってもよい。一実施形態では、ダクト10は、円筒を半分に割った形状を有していてもよい。
Further, although the illustrated
幾つかの実施形態に係る推進装置3は、さらに以下に述べる特徴を有していてもよい。
The
図4、図6〜図9は、それぞれ、一実施形態に係る推進装置3の構成を示す概略図であり、図5は、図4に示す推進装置3の概略的な斜視図であり、図10は、図9に示す推進装置3を軸方向から視た概略図である。
なお、図4〜図10、及び、以下の説明において、Rはプロペラ8の回転半径である。
4 and 6 to 9 are schematic views showing the configuration of the
In FIGS. 4 to 10 and the following description, R is the rotation radius of the
幾つかの実施形態では、例えば図4及び図5に示すように、ダクト10は、船体2に固定されたラダーホーン6の前端部6aに支持されていてもよい。
図4及び図5に示す例示的な実施形態では、ダクト10は、接続部16においてラダーホーン6と接続されている。接続部16は、ダクト10の最上部11に形成されていてもよい。ダクト10とラダーホーン6とは、例えば、溶接によって接合されていてもよい。
In some embodiments, for example, as shown in FIGS. 4 and 5, the
In the exemplary embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the
幾つかの実施形態では、例えば図6、図8及び図9に示すように、ダクト10は、船体2の底部9に支持されていてもよい。
図6、図8及び図9に示す例示的な実施形態では、ダクト10は、上下方向に延びるストラット18を介して、船体2の底部9に取り付けられている。
In some embodiments, the
In the exemplary embodiment shown in FIGS. 6, 8, and 9, the
幾つかの実施形態では、例えば図7に示すように、ダクト10は、船体2に対して回動可能な舵板7に支持されていてもよい。
図7に示す例示的な実施形態では、ダクト10は、舵板7からプロペラの回転軸Oの方向の船首側に突出する突出部22を介して舵板7に支持されている。突出部22の上部表面には、上下方向に延びるストラット24の下端面が固定されている。また、ストラット24の上端面は、ダクト10の上部の内周面に固定されている。このようにして、ダクト10は、突出部22及びストラット24を介して舵板7に支持されている。
In some embodiments, for example, as illustrated in FIG. 7, the
In the exemplary embodiment shown in FIG. 7, the
上述した実施形態のうち、図4〜図7に示す例示的な実施形態では、ダクト10の前縁12は、プロペラ8の軸方向においてプロペラ8の後縁から後方に計った距離aが0.05R以上0.5R以下であり、かつ、プロペラ8の半径方向において回転軸Oからの距離b(即ち、ダクト10の前縁12における半径b)が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置する。
In the exemplary embodiments shown in FIGS. 4 to 7 among the above-described embodiments, the
ここで、図11は、幾つかの半径方向位置(r/Rが0.2〜1.0の範囲内の5点)における、プロペラ後流側の軸方向位置(x/R)と、縮流の流入角との関係の一例を示すグラフである。図11の横軸はプロペラ8の後縁から後方に計った距離xと、プロペラ8の回転半径Rとの比x/Rを示し、縦軸は流れの流入角を示す。なお、軸方向の流れの流入角は0°であり、軸方向に直交する方向において半径方向外側から内側へ向かう流れの流入角は90°である。また、rは、プロペラ8の回転軸Oからの半径方向の距離である。
また、図12は、x/R=0.2の軸方向位置(すなわち、プロペラ8の後縁から0.2R後方の位置)における、半径方向位置r/R(横軸)と、縮流の流速(左側縦軸)及び流入角(右側縦軸)との関係の一例を示すグラフである。
Here, FIG. 11 shows the axial position (x / R) on the wake side of the propeller at several radial positions (5 points within a range of r / R of 0.2 to 1.0) and the contraction. It is a graph which shows an example of the relationship with the inflow angle of a flow. 11 indicates the ratio x / R between the distance x measured rearward from the rear edge of the
Further, FIG. 12 shows the radial position r / R (horizontal axis) at the axial position of x / R = 0.2 (that is, the position 0.2R rearward from the rear edge of the propeller 8) and the contracted flow. It is a graph which shows an example of the relationship between a flow velocity (left vertical axis) and an inflow angle (right vertical axis).
図11のグラフより、半径方向位置r/Rが0.2〜1.0の範囲では、r/Rが1.0のときに、軸方向位置によらず縮流の流入角が最も大きく、r/Rが0.6〜1.0の範囲では、r/Rが大きいほど、流入角が大きくなる傾向があることがわかる。
また、図11のグラフより、プロペラ8の後流側において、プロペラ8の後縁からの距離が短いほど(即ち、x/Rが小さいほど)流入角が大きく、x/Rが0.5以下の範囲では、流入角がある程度大きく、x/Rが0.2以下の範囲において、流入角が特に大きいことがわかる。
そして、図12を見ると、縮流の流入角が大きいx/R=0.2の軸方向位置では、半径方向位置がr/Rが1.0未満のときに流速が比較的大きく、r/Rが1.0を超えると、流速が急激に低下することがわかる。
From the graph of FIG. 11, when the radial position r / R is in the range of 0.2 to 1.0, when r / R is 1.0, the inflow angle of the contracted flow is the largest regardless of the axial position. It can be seen that when r / R is in the range of 0.6 to 1.0, the inflow angle tends to increase as r / R increases.
From the graph of FIG. 11, on the wake side of the
12, at the axial position where x / R = 0.2 where the inflow angle of the contracted flow is large, the flow velocity is relatively large when the radial position is less than 1.0, and r It can be seen that when / R exceeds 1.0, the flow rate rapidly decreases.
すなわち、図11及び図12より、プロペラ8の後流側に生じる縮流は、プロペラ8の軸方向においてプロペラ8の後縁から後方に計った距離が0.5R以下、かつ、プロペラ8の半径方向において回転軸Oからの距離bが0.80R以上の位置において、流入角が比較的大きく、また、プロペラ8の軸方向においてプロペラ8の後縁から後方に計った距離aが1.0Rよりも短い位置において、流速が比較的大きいことが分かった。
That is, from FIG. 11 and FIG. 12, the contracted flow generated on the posterior side of the
ここで、プロペラ8の後流側にダクト10を少なくとも部分的に配置する場合、流入角をある程度大きくしてダクト10の迎角を適切な大きさにすることで、ダクト10で生じる推力を効果的に得ることができる。また、流速のより大きな位置にダクト10の前縁12を配置することにより、ダクト10で生じる推力を大きくすることができる。
Here, when the
この点、図4〜図7に示す例示的な実施形態では、上述したように、プロペラ8の軸方向においてダクト10の前縁12とプロペラ8の後縁との間の距離aを0.5R以下とし、かつ、プロペラ8の半径方向における回転軸Oとダクト10の前縁12との距離bが0.80R以上0.95R以下としたので、ダクト10に対する縮流の流入角を比較的大きくすることができる。また、プロペラ8の軸方向においてダクト10の前縁12とプロペラ8の後縁との間の距離aを0.05R以上としたので、ダクト10の前縁12とプロペラ8との干渉を回避することができる。よって、ダクト10の前縁12とプロペラ8との干渉を回避しながら、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーを効果的に回収することができる。
In this regard, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 4 to 7, as described above, the distance a between the
また、幾つかの実施形態では、プロペラ8の軸方向におけるダクト10の前縁12とプロペラ8の後縁との間の距離aを、さらに短く、例えば0.2R以下に設定してもよい。すなわち、ダクト10の前縁12が、プロペラ8の軸方向においてプロペラ8の後縁から後方に計った距離aが0.05R以上0.2R以下、かつ、プロペラ8の半径方向において回転軸Oからの距離bが0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置するようにしてもよい。
In some embodiments, the distance a between the
図11のグラフからわかるように、プロペラ8の軸方向におけるダクト10の前縁12とプロペラ8の後縁との間の距離aが0.2R以下の位置では、当該距離aが0.5Rの位置に比べて、流入角がより大きい。このため、ダクト10の前縁12の軸方向における位置を上述の距離aが0.2R以下となる位置に設定することで、ダクト10においてより大きな推力が得られると考えられる。よって、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーをさらに効果的に回収することができる。
As can be seen from the graph of FIG. 11, when the distance a between the
例えば図4〜図5及び図6に示す実施形態では、図7に示す実施形態とは異なり、ダクト10は、船体2に対して動かないように設置されるので、ダクト10の移動に伴うプロペラ8との干渉を考慮する必要はなく、ダクト10とプロペラ8との間の距離aを比較的短く設定することができる。そこで、上述の距離aを0.2R以下に設定することで、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーをさらに効果的に回収することができる。
For example, in the embodiment shown in FIGS. 4 to 5 and 6, unlike the embodiment shown in FIG. 7, the
図4〜図5に示す例示的な実施形態のように、ダクト10の最上部11がラダーホーン6に接続される場合、ダクト10の最上部11のうち、中心線の方向においてダクト10の後縁14から、ラダーホーン6とダクト10が接する第1位置P1までの部分が、ラダーホーン6との接続部16を形成していてもよい。
この場合、ダクト10の中心線方向の長さをL(図4参照)として、上述の第1位置P1は、中心線Qの方向において、ダクト10の後縁14からの距離が0.3L以上0.5L以下の位置であってもよい。換言すれば、ダクト10の最上部11のうち、中心線方向において後縁14側の30%以上50%以下の部分が、ラダーホーン6との接続部16を形成していてもよい。
When the
In this case, the length in the center line direction of the
このように、ダクト10の最上部11のうち、ラダーホーン6との接続部16が占める中心線方向の長さを0.3L以上とすることにより、ダクト10をラダーホーン6に確実に接続することができる。また、上記長さを0.5L以下とすることにより、ダクト10の最上部11において、翼型を形成する部位(すなわち、ダクト10の最上部11のうち接続部16よりも前方の部分)を十分確保することができ、ダクト10の縮流エネルギー回収性能の低下を抑制することができる。
Thus, the
図7に示す例示的な実施形態のように、船体2に対して回動可能に設けられた舵板7にダクト10が支持される場合、ダクト10の前縁12は、プロペラ8の軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離aが0.3R以上0.5R以下の範囲内に位置していてもよい。
When the
このように、ダクト10が舵板7とともに回動可能であれば、転舵時における抵抗を軽減することができる。また、上述の距離aを0.3R以上とすることで、ダクト10とプロペラ8との干渉を回避することができるとともに、上述の距離aを0.5R以下とすることで、ダクト10の前縁12とプロペラ8との距離をなるべく近づけて、ダクト10への縮流の流入角を比較的大きくすることができる。よって、転舵時における抵抗を低減するとともに、ダクト10とプロペラ8との干渉を回避しながら、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーを効果的に回収することができる。
Thus, if the
また、図7に示す例示的な実施形態のように、船体2に対して回動可能に設けられた舵板7にダクト10が支持される実施形態では、プロペラ8の軸方向において、ダクト10の後縁14と、舵板7が取り付けられたラダーホーン6の前端部6aとの間の最小距離e(図7参照)が、0.02R以上0.3R以下であってもよい。
Further, in the embodiment in which the
このように、ダクト10の後縁14とラダーホーン6の前端部6aとの間の最小距離eを0.02R以上としたので、ダクト10と舵板7との干渉を回避可能であるとともに、上述の最小距離eを0.3R以下としたので、ダクト10の中心線方向における長さを十分確保することができ、ダクト10を舵板7に取り付けるための部材(たとえば、図7に示す実施形態におけるストラット24)の設置スペースを確保しやすくなる。
Thus, since the minimum distance e between the
また、図7に示す例示的な実施形態では、上述したように、舵板7からプロペラ8の回転軸Oの方向に突出する突出部22を介してダクト10を支持するようにしたので、該突出部22によってプロペラボス部30から発生するハブ渦のエネルギーをも回収しながら、ダクト10によって上述の縮流のエネルギーを回収することができる。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 7, as described above, the
図7に示すように、上述の突出部22の前縁23は、球状の形状を有していてもよい。この場合、突出部22は、プロペラ8からの後流を球状の前縁23で受けるので、流体損失をより低減することができる。
As shown in FIG. 7, the
図8に示す例示的な実施形態では、ダクト10の前縁12は、プロペラ8の軸方向において、船尾軸受の端部の位置である第2位置P2(図8参照)とプロペラボスの船体位置である第3位置P3(図8参照)の間、かつ、プロペラ8の半径方向において回転軸Oからの距離gが1.0Rより大きく1.2R以下の範囲内に位置する。ここで、第2位置P2は、プロペラ8の軸方向においてプロペラ8の後縁から前方に計った距離が0.4Rの位置であり、第3位置P3は、プロペラ8の軸方向においてプロペラ8の後縁から後方に計った距離が0.05Rの位置である。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 8, the leading
この場合、ダクト10の前縁12が、プロペラ8の軸方向において上述の第2位置P2と第3位置P3の間、かつ、プロペラ8の半径方向において回転軸Oからの距離gが1.0Rより大きく1.2R以下の範囲内に位置するので、ダクト10によって、プロペラ8のチップ部の少なくとも一部を覆うことができる。これにより、プロペラ8の回転に伴い船体2の底部9に作用する変動圧を低減することができる。
In this case, the
幾つかの実施形態では、例えば図9〜図10に示すように、推進装置3は、ダクト10の内側において放射状に延びる少なくとも1枚のステータフィン28をさらに備えていてもよい。
図9〜図10に示す例示的な実施形態では、ダクト10の中心線Qに沿って設けられるハブ部材27の外周面と、ダクト10の内周面との間に、ダクト10の径方向に沿って延びる複数枚のステータフィン28が設けられている。図9に示すように、ステータフィン28の断面は翼型形状を有していてもよい。
In some embodiments, for example, as shown in FIGS. 9 to 10, the
In the exemplary embodiment shown in FIGS. 9 to 10, the radial direction of the
この場合、ダクト10の内側に少なくとも1枚のステータフィン28を設けたので、該ステータフィン28によってプロペラ8の回転により生じる旋回流のエネルギーをも回収しながら、ダクト10によって上述の縮流のエネルギーを回収することができる。
In this case, since at least one
なお、仮に、プロペラ8の後流側において旋回流のエネルギーを回収するために、ダクト10を用いずにステータフィン28のみを用いた場合、図10に示す破線矢印f2のように、旋回成分を持つ流れが径方向外側に逃げてしまうため、旋回流の回収効果は限定的である。この点、図10に示す実施形態のように、ダクト10とステータフィン28とを併用することで、ダクト10によって流れが径方向外側へ逃げるのを抑制し(実線矢印f1参照)、旋回流のエネルギーの回収効果を向上させることができる。
If only the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, The form which added the deformation | transformation to embodiment mentioned above and the form which combined these forms suitably are included.
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
In this specification, an expression representing a relative or absolute arrangement such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial”. Represents not only such an arrangement strictly but also a state of relative displacement with tolerance or an angle or a distance to obtain the same function.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
In this specification, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes in a strict geometric sense, but also within a range where the same effects can be obtained. In addition, a shape including an uneven portion or a chamfered portion is also expressed.
In this specification, the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression for excluding the existence of another constituent element.
1 船舶
2 船体
2a 船首
2b 船尾
3 推進装置(舶用推進装置)
4 舵
5 舵軸
6 ラダーホーン
6a 前端部
7 舵板
8 プロペラ
9 底部
10 ダクト
11 最上部
12 前縁
14 後縁
16 接続部
18 ストラット
22 突出部
23 前縁
24 ストラット
27 ハブ部材
28 ステータフィン
30 プロペラボス部
A 矢印
FL 揚力
FT 推力
O 回転軸
P1 第1位置
P2 第2位置
P3 第3位置
Q 中心線
R 回転半径
a ダクト前縁とプロペラ後縁との軸方向の距離
b ダクト前縁とプロペラ回転軸との半径方向の距離
e ダクト後縁とラダーホーンとの最小距離
fc 縮流
g ダクト前縁とプロペラ回転軸との半径方向の距離
h ダクト後縁とプロペラ回転軸との半径方向の距離
1
4
Claims (12)
前記プロペラの後流側に少なくとも部分的に位置し、前記プロペラの回転軸に沿った中心線を有するダクトと、を備え、
前記ダクトは、前記中心線を含む断面において翼型形状を有し、
前記翼型形状のコード方向が前記中心線に対してなす角度が5度以下である
ことを特徴とする舶用推進装置。 A propeller installed at the stern,
A duct located at least partially on the wake side of the propeller and having a center line along the rotation axis of the propeller,
The duct has an airfoil shape in a cross section including the center line,
The marine propulsion device characterized in that an angle formed by the cord direction of the airfoil shape with respect to the center line is 5 degrees or less.
ことを特徴とする請求項1に記載の舶用推進装置。 When the rotation radius of the propeller is R, the front edge of the duct has a distance measured rearward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller of 0.05R or more and 0.5R or less, and the propeller 2. The marine propulsion device according to claim 1, wherein a distance from the rotation shaft in a radial direction is within a range of 0.80R to 0.95R.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の舶用推進装置。 The marine propulsion device according to claim 1, wherein the duct is supported by a front end portion of a ladder horn fixed to the hull.
前記第1位置は、前記ダクトの前記中心線方向の長さをLとしたとき、前記中心線方向において、前記ダクトの前記後縁からの距離が0.3L以上0.5L以下の位置である
ことを特徴とする請求項3に記載の舶用推進装置。 Of the uppermost part of the duct, the part from the rear edge of the duct to the first position in the center line direction forms a connection part with the ladder horn,
The first position is a position in which the distance from the rear edge of the duct is 0.3L or more and 0.5L or less in the centerline direction when the length of the duct in the centerline direction is L. The marine propulsion device according to claim 3.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の舶用推進装置。 The marine propulsion device according to claim 1, wherein the duct is supported by a bottom portion of a hull.
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の舶用推進装置。 When the rotation radius of the propeller is R, the front edge of the duct has a distance measured rearward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller of 0.05 R or more and 0.2 R or less, and the propeller The marine propulsion device according to any one of claims 1 to 5, wherein a distance from the rotary shaft in a radial direction is within a range of 0.80R to 0.95R.
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.3R以上0.5R以下の範囲内に位置する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の舶用推進装置。 The duct is supported by a steering plate provided so as to be rotatable with respect to the hull,
When the rotation radius of the propeller is R, the front edge of the duct is located within a range in which the distance measured backward from the rear edge of the propeller in the axial direction of the propeller is 0.3R or more and 0.5R or less. The marine propulsion device according to claim 1, wherein the marine propulsion device is provided.
ことを特徴とする請求項7に記載の舶用推進装置。 The minimum distance between the rear edge of the duct and the front end of the rudder horn to which the rudder plate is attached in the axial direction of the propeller is 0.02R or more and 0.3R or less. Item 8. A marine propulsion device according to item 7.
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の舶用推進装置。 The marine propulsion device according to claim 7 or 8, wherein the duct is supported via a protruding portion that protrudes from the rudder plate in the direction of the rotation shaft.
前記第2位置は、前記軸方向において前記プロペラの後縁から前方に計った距離が0.4Rの位置であり、
前記第3位置は、前記軸方向において前記プロペラの前記後縁から後方に計った距離が0.05Rである
ことを特徴とする請求項1に記載の舶用推進装置。 When the rotation radius of the propeller is R, the front edge of the duct is between the second position and the third position in the axial direction of the propeller, and the distance from the rotation axis is 1 in the radial direction of the propeller. Located within the range of greater than 0.0R and less than or equal to 1.2R,
The second position is a position where a distance measured forward from a rear edge of the propeller in the axial direction is 0.4R,
2. The marine propulsion device according to claim 1, wherein the third position has a distance of 0.05 R measured backward from the rear edge of the propeller in the axial direction.
ことを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の舶用推進装置。 The marine propulsion device according to any one of claims 1 to 10, further comprising at least one stator fin extending radially inside the duct.
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